高中化学人教版 (2019)选择性必修3第五节 有机合成第1课时学案

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第三章 烃的衍生物第五节　有机合成第1课时　有机合成的主要任务学习导航1.通过碳骨架的构建、官能团的转化，体会有机合成基本任务，掌握有机化合物分子骨架的构建，官能团引入、转化或消除的方法。2.体会有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献及对健康、环境造成的影响，能用“绿色化学”的理念指导合成路线的选择。教学过程一、有机合成1．有机合成的概念有机合成指利用相对简单、易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子的过程方法。2．有机合成的任务和过程3．有机合成的原则(1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。(2)尽量选择步骤最少的合成路线，使得反应过程中副反应少、产率高。(3)符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少，尽量实现零排放。(4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。二、有机合成中的碳骨架的构建和官能团的引入1．构建碳骨架(1)增长碳链①卤代烃与NaCN的反应CH3CH2Cl＋NaCN―→CH3CH2CN(丙腈)＋NaCl；CH3CH2CNCH3CH2COOH。②醛、酮与氢氰酸的加成反应CH3CHO＋HCN―→； 。③卤代烃与炔钠的反应2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2；CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl―→CH3C≡CCH2CH3＋NaCl。④羟醛缩合反应CH3CHO＋。(2)缩短碳链①脱羧反应R—COONa＋NaOHR—H＋Na2CO3。②氧化反应；R—CH==CH2RCOOH＋CO2↑。③水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。④烃的裂化或裂解反应C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8。(3)成环①二烯烃成环反应(第尔斯－阿尔德反应)②形成环酯＋＋2H2O。③形成环醚(4)开环①环酯水解开环②环烯烃氧化开环2．常见官能团引入或转化的方法(1)碳碳双键①醇的消去反应CH3CH2OHCH2==CH2↑＋H2O。②卤代烃的消去反应CH3—CH2—Br＋NaOHCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O。③炔烃的不完全加成反应CH≡CH＋HClCH2==CHCl。(2)卤素原子①烃与卤素单质的取代反应＋Br2＋HBr；＋Cl2＋HCl。②不饱和烃的加成反应＋Br2―→；CH2==CHCH3＋HBrCH3CHBrCH3；CH≡CH＋HClCH2==CHCl。③醇的取代反应CH3—CH2—OH＋HBrCH3—CH2—Br＋H2O。(3)羟基①烯烃与水的加成反应CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH。②卤代烃的水解反应CH3—CH2—Br＋NaOHCH3CH2—OH＋NaBr。③醛或酮的还原反应CH3CHO＋H2CH3CH2OH；＋H2。④酯的水解反应CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH；CH3COOCH2CH3＋NaOHCH3COONa＋CH3CH2OH。(4)官能团的转化熟悉烃及其衍生物之间的相互转化是有机合成的基础。课时训练1．磷酸奥司他韦是临床常用的抗病毒药物，常用于甲型和乙型流感治疗。其中间体结构简式如图所示，关于该有机物下列说法错误的是A．分子式为 B．该有机物既能与酸反应又能与碱反应C．该有机物分子中的碳原子不可能都在同一个平面D．1 mol 该有机物最多能与 3 mol H2发生加成反应2．芳樟醇常用于合成香精，香叶醇存在于香茅油、香叶油、香草油、玫瑰油等物质中。它们的结构简式如下，下列说法不正确的是A．两种醇都能与溴的四氯化碳溶液反应B．两种醇互为同分异构体C．两种醇在铜催化的条件下，均可被氧化为相应的醛D．两种醇在一定条件下均可发生氧化反应3．咖啡酸(结构如图所示)有较广泛的抑菌和抗病毒活性作用，可在化妆品中安全使用。有关该化合物，下列叙述错误的是A．分子式为C9H8O4B．能与NaOH、NaHCO3反应C．能够发生酯化反应D．所有原子不可能共平面4．每逢春节，一种“本宝宝福禄双全”的有机物就会刷爆朋友圈，其结构简式如图。有关该物质的说法不正确的是A．该有机物的分子式：C8H4O2ClFB．一定条件下，1mol该物质最多消耗5molH2C．该分子最多有12个原子共面D．具有相同官能团且2个醛基在邻位的同分异构体还有5种5．某有机物的结构简式如图所示，下列说法中不正确的是A．1 mol 该有机物和过量的金属钠反应最多可以生成1.5 mo1 H2B．1 mol 该有机物分别与Na、NaOH、 NaHCO3 反应，依次消耗这三种物质量之比为3：2：2C．可以用酸性KMnO4溶液检验其中的碳碳双键D．在一定条件下，该有机物能发生取代加成酯化和加聚反应6．1mol某烃在氧气中充分燃烧，需要消耗氧气179.2L(标准状况下)。它在光照的条件下与氯气反应能生成3种不同的一氯取代物。该烃的结构简式是（    ）A． B．CH3CH2CH2CH2CH3C． D．7．冠醚分子中有空穴，能够与金属离子形成稳定的络合物，该物质在有机工业中发挥着重要的作用。二环己烷并-18-冠-6(III)的制备原理如图，下列相关说法错误的是A．I、II、Ⅲ三种有机物中都是含有醚键B．有机物II在NaOH溶液中水解可得到有机物IC．上述制备有机物Ⅲ的反应属于取代反应D．有机物Ⅲ的一溴取代物有4种8．某种抗结核候选药物的中间体Z可由下列反应制得,下列说法不正确的是+ + HClA．上述制备反应为取代反应，化合物Z中只有1个手性碳原子B．化合物Y中最多有16个原子共平面C．化合物Z与足量的氢氧化钠溶液在加热条件下反应，可生成甘油D．化合物X在氢氧化钠醇溶液中加热，可生成HOCH2CH=CHCl9．某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置(如图1)，以环己醇制备环己烯。已知：+H2O 相对分子质量密度(g/cm3)熔点(℃)沸点(℃)溶解性环己醇1000.9625161能溶于水环己烯820.81－10383难溶于水(1)制备粗品：将12.5mL环己醇与1mL浓硫酸加入试管A中，摇匀后放入碎瓷片，缓慢加热至反应完全，在试管C内得到环己烯粗品。①在试管中混合环己醇和浓硫酸操作时，加入药品的先后顺序为________________________②如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片，应该采取的正确操作是________(填字母)A．立即补加                 B．冷却后补加C．不需补加                 D．重新配料③将试管C置于冰水中的目的是______________________________________(2)制备精品①环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水，振荡、静置、分层，分液后用_________________(填入编号)洗涤。a．KMnO4溶液           b．稀H2SO4 c．Na2CO3溶液②再将环己烯按图2所示装置蒸馏，图中仪器a的名称是___________________。实验中冷却水从________(填字母)口进入。(3)本实验所得到的环己烯质量为6.25 g，则产率是__________(结果保留三位有效数字)。10．抗肿瘤活性物质I的合成路线：回答下列问题：(1)A化学名称为_________，反应①的反应类型为___________．(2)C的结构简式为_________。(3)F中所含官能团的名称为酯基、__________、__________。(4)反应⑤的化学方程式为________________。(5)H水解产物含有多种六元环芳香同分异构体，若环上的取代基种类和数目不变，其中核磁共振氢谱有二组峰，峰面积之比为2:1的结构简式为________。(6)由物质G、乙醛和丙二酸二乙酯合成，合成路线图为__________________。(无机试剂任选)答案解析1．D【详解】A．由结构简式可知，有机物为分子式为C16H28N2O4，故A正确；B．含有酯基，可在酸性或碱性条件下水解，故B正确；C．该结构中含有烷基结构，所以该有机物分子中的碳原子不可能都在同一个平面，故C正确；D．能与氢气反应的为碳碳双键，则1 mol该有机物最多能与1 mol H2发生加成反应，故D错误；
故选D。2．C【详解】A．芳樟醇、香叶醇分子中均含碳碳双键，均能与溴的四氯化碳溶液中的溴发生加成反应，A正确；B．芳樟醇、香叶醇的分子式均为C10H18O，结构不同，互为同分异构体，B正确；C．芳樟醇分子中与-OH相连的C上没有H，不能被催化氧化，C错误；D．两种醇在一定条件下均可发生氧化反应，如燃烧、碳碳双键被强氧化剂氧化，D正确；答案选C。3．D【详解】A．根据结构简式可知，1个咖啡酸分子中含9个碳原子，不饱和度为6，所以分子式为C9H8O4，A正确；B．分子中含羧基，可与NaOH、NaHCO3发生反应，B正确；C．分子中含（酚）羟基和羧基，能够发生酯化反应，C正确；D．因为苯环的12个原子共平面，乙烯的6个原子共平面，单键可旋转，组成羧基的原子也可能共平面，即咖啡酸分子中所有原子可能共平面，D错误；故选D。4．C【详解】A．根据有机物的结构简式可知该有机物的分子式为C8H4O2ClF，A正确；B．苯环、醛基均能和氢气发生加成反应，1mol苯环消耗3mol氢气，1mol醛基消耗1mol氢气，则1mol该物质最多消耗5mol H2，B正确； C．根据苯、甲醛平面模型可知，该分子最多有16个原子共面，C错误；D．如图，满足条件的还有5种，分别为F在1号C上有3种，F在2号上有2种，共5种，D正确；答案选C。5．C【详解】A．-COOH、-OH均与Na反应生成氢气，则1mol该有机物和过量的金属钠反应最多可以生成1.5 molH2，故A正确；
B．-COOH、-OH均与Na反应，只有-COOH与NaOH、NaHCO3反应，该有机物消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为3：2：2，故B正确；
C．-OH、碳碳双键均能被高锰酸钾氧化，则用酸性KMnO4溶液不能检验其中的碳碳双键，故C错误；
D．含有羧基、羟基，可发生取代、酯化反应，含有碳碳双键，可发生加成、加聚反应，故D正确。
故选：C。6．B【详解】该烃在光照的条件下与氯气反应能生成3种不同的一氯取代物，则该烃有3种等效氢原子，又1mol该烃燃烧需氧气179.2L(标准状况)，即，A. 有3种等效氢原子，但是A的分子式是C6H14，1molC6H14的耗氧量为6+=9.5mol，故A不符合；B. 有3种等效氢原子，B的分子式是C5H12，1mol C5H12的耗氧量为5+=8mol，故B符合；C. 有4种等效氢原子，故C不符合；D. 有2种等效氢原子，故D不符合；故选B。7．D【详解】A．由I、II、Ⅲ三种有机物结构简式可知，三种结构中均含R1-O-R2，即均含醚键，故A正确；B．有机物II中Cl原子在NaOH溶液中水解，Cl原子被羟基替代，生成有机物I，故B正确；C．反应中-OH中的H被替代，为取代反应，故C正确；D．由结构简式可知，该结构对称，含有5种H，则一溴代物有5种，其取代的位置如，故D错误；答案为D。8．D【详解】A．根据图示可知X分子中—OH的H原子为Y分子中的取代产生Z，同时得到HCl，反应类型为取代反应。连接4个不同基团的C为手性碳， Z分子中只有连接羟基的碳原子为手性碳原子，A正确；B．Y含有苯环和羰基，为平面形结构，与苯环、羰基直接相连的原子在同一个平面上，C-O键可自由旋转，结合三点确定一个平面可知化合物Y最多有16个原子共平面，B正确；C．Z分子含有酯基、氯原子，二者都可与氢氧化钠溶液发生水解反应，反应产生甘油、NaCl、，C正确；D．NaOH的乙醇溶液共热发生卤素的消去反应，得不到选项所给有机物，D错误；故合理选项是D。9．先将环己醇加入试管A中，再缓慢加入浓硫酸    B    防止环己烯挥发(其他答案合理均可)    c    蒸馏烧瓶    g    63.5%    【详解】(1)①根据制备乙酸乙酯的操作，在试管中混合环已醇和浓硫酸操作时，药品的加入方法为先将环己醇加入试管A中，再缓慢加入浓硫酸，故答案为先将环己醇加入试管A中，再缓慢加入浓硫酸；②如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片，需要冷却后补加，故选B；③环已烯的熔点很低，沸点也不高，容易挥发，将试管C置于冰水可以防止环已烯的挥发，故答案为防止环已烯的挥发；(2)①由于分液后环己烯粗品中还含有少量的酸和环己醇，联想制备乙酸乙酯提纯产物时用c(Na2CO3溶液)洗涤可除去酸，不能用酸性高锰酸钾，否则会氧化环己烯，故答案为c；②图中仪器a 是蒸馏烧瓶，为了使冷凝的效果更好，冷却水从冷凝管的下口即g口进入；故答案为蒸馏烧瓶；g；(3) 12.5 mL环己醇的质量为12.5 mL×0.96 g • cm-3=12g，理论上生成环已烯×82g/mol=9.84g，产率=×100%=63.5%，故答案为低于；63.5%。10．乙二酸    取代反应        羰基    氟原子                【详解】(1)A是草酸，其化学名称为乙二酸，反应①是SOCl2中的两个—Cl取代了羟基，其反应类型为取代反应；故答案为：乙二酸；取代反应。(2)通过分析C和D反应生成E是发生取代反应，则得出C的结构简式为；故答案为：。(3)根据F的结构简式得到F中所含官能团的名称为酯基、羰基、氟原子；故答案为：羰基；氟原子。(4)反应⑤是取代反应，其化学方程式为；故答案为：。(5)H水解产物含有多种六元环芳香同分异构体，若环上的取代基种类和数目不变，其中核磁共振氢谱有二组峰，峰面积之比为2:1的结构简式为；故答案为：。(6)乙醛在新制氢氧化铜、加热条件下反应，再酸化生成乙酸，丙二酸二乙酯和(NH2)2C=S反应生成，乙酸和在浓硫酸作用下反应生成，因此其合成路线图为；故答案为：。